扣式鋅銀二次電池鋅負(fù)極性能的研究

宋紅磊，譚 謀，謝建中

扣式鋅銀二次電池鋅負(fù)極性能的研究

宋紅磊，譚 謀，謝建中

（武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064）

本文研究在鋅粉中添加氧化鉛后分別加入銀粉、錫酸鈉、氫氧化鈣、及氧化鋁制備不同組成的鋅負(fù)極的性能，對合成的鋅負(fù)極的析氣量進(jìn)行了檢測分析，對組成的XR41電池循環(huán)性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明，鋅粉中添加氧化鉛、錫酸鈉的鋅負(fù)極析氣量最小,為0.16 ml/（2g·10d）。制備的電池具有較好的循環(huán)壽命。

扣式電池 循環(huán)壽命 析氣量

0 引言

鋅銀二次電池因其高比能量、高比功率、少維護(hù)及安全性而受到關(guān)注，扣式鋅銀二次電池多用于輕便醫(yī)療和電子設(shè)備，其循環(huán)壽命在低倍率下只能循環(huán)200～400次[1]。是因為扣式電池的體積小，對電池的副反應(yīng)氣體的冗余度極小。鋅電極的析氫自放電問題是影響鋅電池循環(huán)性能的關(guān)鍵問題。通常通過在電極中加入PbO、Ca(OH)2、Bi2O3、Ti2O3等物質(zhì)后[2～3]，抑制鋅負(fù)極析氫自放電，延長電池的循環(huán)壽命。

本文在合金鋅粉中添加氧化鉛、銀粉、錫酸鈉、氫氧化鈣、氧化鋁制備不同組成的鋅負(fù)極，制備二次扣式鋅銀電池，驗證不同組分的鋅負(fù)極的循環(huán)壽命。

1 制備方法

1.1 儀器與試劑

電子天平[感量為0.0001 g]，帶能譜分析儀的掃描電鏡，MSK-2150電動對輥機[深圳科晶智達(dá)科技有限公司]，高性能電池檢測儀，JZ-1型粉體振實密度分析儀。

鋅粉[G6-0/300Bi/300In]，PbO[AR]，Ag[粒徑為0.3 μm]，Na2SnO3[AR]，Ca（OH）2[AR]，Al2O3[AR]，PTFE乳液（固含量60%），無水乙醇[AR]。

1.2 制備過程

1.2.1鋅負(fù)極配比組成

制備的鋅負(fù)極的配比組成見表1所示。

1.2.2鋅負(fù)極制備

表1用電子天平按比例稱取鋅負(fù)極的各個成分。在研缽中順時針攪拌15 min后轉(zhuǎn)入燒杯中，加入PTFE乳量（固含量為3%）后用玻璃棒預(yù)攪拌1 min加入無水乙醇，攪拌成團并不粘連燒杯壁，用手輥壓成厚度約為1.5 mm的負(fù)極箔，然后用電動對輥機輥壓成1.2 mm的鋅負(fù)極。將鋅負(fù)極壓力XR41電池的負(fù)極殼中。鋅負(fù)極見圖1。

圖1 (a)鋅膏負(fù)極片； (b) 鋅膏負(fù)極帽一體化

1.2.3鋅負(fù)極的干燥

將制備的鋅負(fù)極放入真空干燥箱中，在30℃、-0.08 MPa下烘干，烘干時間大約為12 h，防止鋅粉的氧化度過高。

表1 制備的鋅負(fù)極的配比組成

1.3 性能測試

對所得到的鋅負(fù)極做SEM檢測。同時對鋅粉的面密度及析氣量進(jìn)行了測定，然后與自制的扣式電池正極、電解液以及隔膜組成XR41 電池。電池結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 XR41扣式鋅銀電池結(jié)構(gòu)

(1-正極殼；2-墊圈；3-負(fù)極殼；4-負(fù)極；5-負(fù)極隔膜；6-中間隔膜；7-中間隔膜；8-正極)

2 結(jié)果與分析

2.1 TEM分析

用掃描電鏡對鋅粉進(jìn)行SEM掃描，得到鋅粉的鋅粉的宏觀形貌基本相同，如圖3所示。

從圖3中可以看出，說明加入微量元素制備的鋅粉的宏觀形貌均為短棒狀。

2.2 析氣量和電池內(nèi)阻

測得鋅負(fù)極的析氣量和制備電池的內(nèi)阻如表2所示。

表2 鋅負(fù)極的面密度及析氣量

圖3 鋅粉的TEM圖

從上表可以看出，添加銀粉、錫酸鈉、氫氧化鈣、氧化鋁的4種負(fù)極的析氣量比空白樣少，但添加錫酸鈉的負(fù)極的析氣量最少。添加銀粉的負(fù)極的電池內(nèi)阻最小，其次為添加錫酸鈉的負(fù)極，再次為添加氫氧化鈣、氧化鋁的樣品，最大的為空白樣。

2.3 循環(huán)壽命對比

制備5種不同鋅負(fù)極的鋅銀扣式電池。以0.1 c電流密度放電，放電截止電壓均為1.3 V。得到電池的循環(huán)壽命及容量如圖4。

圖4 電池的循環(huán)壽命及容量圖

從圖4可知，所有電池的容量隨循環(huán)周期的增加呈下降趨勢。1#、2#、5#負(fù)極制備電池較為明顯。循環(huán)初期1#制備的電池的容量低于剩余電池。電池的循環(huán)壽命排序為3#≈4#＞5#＞2#＞1#，說明添加添加錫酸鈉、氫氧化鈣鋅負(fù)極制備的電池的循環(huán)壽命優(yōu)于剩余電池。從循環(huán)后期電池的容量可以看出，添加錫酸鈉的鋅負(fù)極制備的電池的容量高于添加氫氧化鈣的鋅負(fù)極的電池。

3 結(jié)論

1）添加錫酸鈉的鋅負(fù)極的析氣量最小，為0.16ml/（2g·10d）；

2）添加銀粉的負(fù)極制備的電池內(nèi)阻最小，其次為添加錫酸鈉的負(fù)極制備的電池；

3）添加錫酸鈉的鋅負(fù)極制備的電池的循環(huán)壽命最長且后期容量最高。

[1] 張輝, 朱立群.用于鋅銀蓄電池氧化銀電極的研究進(jìn)展[J]. 稀有金屬材料與工程, 2008, 37(6): 1124-1128.

[2] McBreen J and Gannon E J Electrochem Soc[J]. 1983, 130: 1980-1983.

[3] Jain R, Adler T C, Mclarnon F R． and Caims E J[J]. J．Appl．Electrochem, l992, 22: 1039-1048.

Study on Anode Performances of Zinc-silver Button Cells

Song Honglei，Tan mou，Xie Jianzhong

（Wuhan Marine Electric Propulsion Research Institute, Wuhan 430064, China）

TM912

A

1003-4862（2021）07-0031-02

2020-11-02

宋紅磊（1986-），男，工程師。研究方向：鋅銀電池。Email：songhonglei2008@163.com